10、粒子追踪与拟合技术解析

粒子追踪与拟合技术解析

1. 在线轨道寻找

在线轨道寻找过程中，追踪器体积被划分为64个区域或塔，这些区域会独立进行处理。传感器被划分为分辨率较粗的“超级条带”。数据处理从像素和条带传感器的聚类开始，聚类算法针对现场可编程门阵列（FPGA）进行了优化。聚类完成后，轨道由与定制关联内存（AM）芯片中的模式相对应的超级条带列表表示。模式匹配会产生低分辨率的轨道候选，然后在FPGA中通过高分辨率轨道拟合对其进行细化，两个阶段都允许存在缺失层。目前需要存储的模式数量约为十亿个，在高亮度大型强子对撞机（HL - LHC）中，由于追踪器通道数量增加和轨道多重性提高，需要更高的粒度，这个数量将增加约10倍。因此，快速轨道追踪器（FTK）不会为HL - LHC的运行进行升级，而是将重点放在加速轨道重建软件上。拟合后的轨道会被发送到第二级板，在那里它们会被外推到其余的硅层并再次进行拟合，最后根据共同击中数和卡方值（χ²）去除重复轨道。

2. CMS轨道触发

从2026年开始，大型强子对撞机（LHC）的亮度预计将比当前设计值提高约10倍。目前自2009年开始运行的CMS硅追踪器无法承受HL - LHC预测的辐射水平，且没有触发能力，因此将被新设计的追踪器取代。新设计采用所谓的横向动量（pT）模块作为基本传感设备，pT模块由两个紧密堆叠的传感器组成，可能是一个像素传感器和一个条带传感器（PS），也可能是两个条带传感器（2S）。带电粒子穿过堆叠会产生由两个簇组成的短截线，横向动量足够高（pT > 2 GeV）的轨道曲率小，在传感器堆叠中的偏移小，而横向动量较小的轨道弯曲更强烈，偏移更大。通过pT筛选的短截线是轨道触发的输入。

在一级触发中，有三种概念用于轨道重建：